Epistemic uncertainty of linear building models and inelastic continuum concrete models

Abstract

Los modelos de edificios de hormigón armado (HA) consideran distintos supuestos de modelización que influyen en la precisión para la predicción de la respuesta sísmica. Además, su respuesta no lineal depende fuertemente del modelo de hormigón adoptado. Este estudio evalúa la incertidumbre epistémica inherente a los supuestos de modelización de HA tanto a nivel de respuesta lineal del edificio como a nivel de respuesta no lineal del material. La primera parte de esta tesis cuantifica la incertidumbre epistémica inherente en los supuestos de modelización mediante la evaluación de la respuesta sísmica de seis edificios instrumentados de HA del tipo planta libre. Se estudiaron cuatro supuestos de modelización lineal: (i) el tipo de elemento finito utilizado; (ii) la rigidez en el plano y fuera del plano de los diafragmas; (iii) el tipo de modelo de interacción suelo-estructura considerado; y (iv) la decisión sobre dónde aplicar el empotramiento a la base. La incertidumbre de la respuesta se evaluó primero comparando los períodos simulados con los medidos usando vibraciones ambientales. Además, se compararon parámetros globales de respuesta sísmica, como las fuerzas por piso, torques y desplazamientos entrepiso, entre un modelo de referencia y un conjunto de modelos variantes. En general, las incertidumbres asociadas en las fuerzas de corte del núcleo de muros fueron mayores que las fuerzas por piso y también mayores en los subterráneos que en los niveles superiores. La segunda parte de esta tesis evaluó la incertidumbre asociada con los modelos constitutivos inelásticos de hormigón para la formulaciones tri-dimensional (3D) y de tensiones planas. Se consideraron cinco modelos de hormigón: (i) el modelo plástico hiperbólico de Drucker-Prager (DPH); (ii) el modelo de plasticidad y daño de Lubliner-Lee-Fenves (LLF); (iii) el modelo de Wu-Li-Faría (WLF); (iv) el modelo de Faría-Oliver-Cervera (FOC); y (v) el modelo de grieta difusa total strain rotating (ROT). Se derivaron nuevas expresiones analíticas para la integración numérica de la tensión actualizada y el operador tangente consistente para todos los modelos. Los resultados se validaron con pruebas experimentales numéricas simples sometidas a diferentes estados de tensiones. Los efectos unilateral, la velocidad de deformación, el tamaño de la malla, y el fenómeno strain-localization se evaluaron usando estos modelos. Además, se propusieron recomendaciones de elementos finitos validadas para mejorar la convergencia de los modelos estudiados, en particular el uso de un operador tangente consistente suavizado y la incorporación de una técnica de regularización viscosa. Finalmente, se concluyó que la fuente más importante de incertidumbre epistémica de los modelos de materiales se observa en la energía disipada y la rigidez linealizada del último ciclo de descarga-carga en la mayoría de las pruebas simuladas.